TEDGlobal 2012
Ramesh Raskar: Imaging at a trillion frames per second
Ramesh Raskar: Captura de un billón de imágenes por segundo
Filmed:
Readability: 4
5,395,201 views
Ramesh Raskar presenta la femtofotografía; un nuevo tipo de visualización tan rápido que muestra el mundo a un billón de cuadros por segundo, tan detallado que muestra la propia luz en movimiento. Esta tecnología algún día podría usarse para construir cámaras que puedan ver «tras» los rincones o el interior del cuerpo sin rayos X.
Ramesh Raskar - Femto-photographer
Photography is about creating images by recording light. At the MIT media lab, professor Ramesh Raskar and his team members have invented a camera that can photograph light itself as it moves at, well, the speed of light. Full bio
Photography is about creating images by recording light. At the MIT media lab, professor Ramesh Raskar and his team members have invented a camera that can photograph light itself as it moves at, well, the speed of light. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:16
Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity
0
902
5978
Doc Edgerton nos inspiró asombro y curiosidad
00:22
with this photo of a bullet piercing through an apple,
1
6880
5262
con esta foto de una bala que atraviesa una manzana
00:28
and exposure just a millionth of a second.
2
12142
4878
en una exposición de solo una millonésima de segundo.
00:32
But now, 50 years later, we can go a million times faster
3
17020
7307
Pero ahora, 50 años más tarde, podemos ir un millón de veces más rápido
00:40
and see the world not at a million,
4
24327
3596
y ver el mundo no a un millón
00:43
or a billion,
5
27923
1810
o a mil millones,
00:45
but one trillion frames per second.
6
29733
3435
sino a un billón de cuadros por segundo.
00:49
I present you a new type of photography,
7
33168
4385
Les presento un nuevo tipo de fotografía:
00:53
femto-photography,
8
37553
2059
la femtofotografía;
00:55
a new imaging technique so fast
9
39612
4600
una nueva técnica tan rápida
01:00
that it can create slow motion videos of light in motion.
10
44212
5201
que puede crear videos en cámara lenta de la luz en movimiento.
01:05
And with that, we can create cameras
11
49413
2738
Y con eso podemos crear cámaras
01:08
that can look around corners,
12
52151
2145
que pueden ver tras los rincones,
01:10
beyond line of sight
13
54296
1997
más allá de la línea de visión,
01:12
or see inside our body without an X-ray,
14
56293
4393
o ver el interior del cuerpo sin usar rayos X,
01:16
and really challenge what we mean by a camera.
15
60686
5401
y desafían realmente la idea de cámara.
01:21
Now if I take a laser pointer and turn it on and off
16
66087
3511
Si tomo un puntero láser y lo enciendo y apago
01:25
in one trillionth of a second --
17
69598
2827
en una billonésima de segundo
01:28
which is several femtoseconds --
18
72425
2812
—o sea, en varios femtosegundos—
01:31
I'll create a packet of photons
19
75237
2280
crearé un paquete de fotones
01:33
barely a millimeter wide,
20
77517
2350
de apenas un milímetro de ancho
01:35
and that packet of photons, that bullet,
21
79867
2926
y ese paquete de fotones, esa bala,
01:38
will travel at the speed of light,
22
82793
1950
viajará a la velocidad de la luz,
01:40
and, again, a million times faster than an ordinary bullet.
23
84743
4508
y, nuevamente, un millón de veces más rápido que una bala común.
01:45
Now, if you take that bullet and take this packet of photons
24
89251
4906
Si tomamos esa bala y este paquete de fotones
01:50
and fire into this bottle,
25
94157
3173
y disparamos en esta botella,
01:53
how will those photons shatter into this bottle?
26
97330
4534
¿Cómo se dispersan esos fotones dentro de esta botella?
01:57
How does light look in slow motion?
27
101864
4224
¿Cuál es el aspecto de la luz en cámara lenta?
02:21
Now, the whole event -- (Applause)
28
126041
3658
Ahora, todo esto... (Aplausos)
02:25
(Applause)
29
129699
4219
(Aplausos)
02:29
Now, remember, the whole event
30
133918
2603
Recuerden que todo esto
02:32
is effectively taking place in less than a nanosecond
31
136521
3383
ocurre efectivamente en menos de un nanosegundo
02:35
— that's how much time it takes for light to travel —
32
139904
2336
—es lo que tarda en viajar la luz—
02:38
but I'm slowing down in this video by a factor of 10 billion
33
142240
4500
pero este video está 10 mil millones de veces más lento
02:42
so you can see the light in motion.
34
146740
3673
para que puedan ver la luz en movimiento.
02:46
But, Coca-Cola did not sponsor this research. (Laughter)
35
150413
4621
Coca-Cola no auspició esta investigación. (Risas)
02:50
Now, there's a lot going on in this movie,
36
155034
2047
Ocurren muchas cosas en esta película;
02:52
so let me break this down and show you what's going on.
37
157081
2362
desglosaré esta información para mostrar qué está pasando.
02:55
So, the pulse enters the bottle, our bullet,
38
159443
3240
El pulso, nuestra bala, entra en la botella
02:58
with a packet of photons that start traveling through
39
162683
2562
con un paquete de fotones que empieza a atravesarla
03:01
and that start scattering inside.
40
165245
1837
y que, dentro, empieza a dispersarse.
03:02
Some of the light leaks, goes on the table,
41
167082
2231
Parte de la luz se fuga, va a la mesa,
03:05
and you start seeing these ripples of waves.
42
169313
2787
y empezamos a ver estas ondulaciones.
03:08
Many of the photons eventually reach the cap
43
172100
2881
Muchos de los fotones finalmente llegan a la tapa
03:10
and then they explode in various directions.
44
174981
2914
y luego explotan en varias direcciones.
03:13
As you can see, there's a bubble of air,
45
177895
1912
Como pueden ver, hay una burbuja de aire
03:15
and it's bouncing around inside.
46
179807
1666
que rebota en el interior.
03:17
Meanwhile, the ripples are traveling on the table,
47
181473
2474
En ese tiempo, las ondas viajan por la mesa
03:19
and because of the reflections at the top,
48
183947
1869
y debido a las reflexiones de la parte superior
03:21
you see at the back of the bottle, after several frames,
49
185816
3634
se ve en el fondo de la botella, después de varios cuadros,
03:25
the reflections are focused.
50
189450
2902
que las reflexiones se concentran.
03:28
Now, if you take an ordinary bullet
51
192352
5894
Ahora, si tomamos una bala común y corriente
03:34
and let it go the same distance and slow down the video
52
198246
3401
y hacemos que recorra la misma distancia y la vemos en cámara lenta
03:37
again by a factor of 10 billion, do you know
53
201647
2549
a unas 10 mil millones de veces, ¿cuánto piensan
03:40
how long you'll have to sit here to watch that movie?
54
204196
5725
que nos llevaría sentarnos a ver esa película?
03:45
A day, a week? Actually, a whole year.
55
209921
4388
¿Un día? ¿Una semana? En realidad, todo un año.
03:50
It'll be a very boring movie — (Laughter) —
56
214309
3914
Sería una película muy aburrida (Risas)
03:54
of a slow, ordinary bullet in motion.
57
218223
4052
de una lenta bala en movimiento.
03:58
And what about some still-life photography?
58
222275
4603
¿Y qué tal probar con naturaleza muerta?
04:08
You can watch the ripples again washing over the table,
59
232770
5352
Pueden ver las ondas que se apoderan de la mesa,
04:14
the tomato and the wall in the back.
60
238122
2913
del tomate y de la pared del fondo.
04:16
It's like throwing a stone in a pond of water.
61
241035
4224
Es como arrojar una piedra en un estanque.
04:23
I thought, this is how nature paints a photo,
62
247197
3890
Es la forma en que la naturaleza pinta una foto, pensaba,
04:26
one femto frame at a time,
63
251087
2587
de un femtocuadro a la vez,
04:29
but of course our eye sees an integral composite.
64
253674
5392
pero, claro, nuestros ojos ven una composición integral.
04:34
But if you look at this tomato one more time,
65
259066
3126
Pero si miran una vez más este tomate,
04:38
you will notice, as the light washes over the tomato,
66
262192
2516
se darán cuenta de que, a medida que la luz se apodera del tomate,
04:40
it continues to glow. It doesn't become dark.
67
264708
2891
sigue brillante. No se oscurece.
04:43
Why is that? Because the tomato is actually ripe,
68
267599
3548
¿Por qué? Porque el tomate está maduro
04:47
and the light is bouncing around inside the tomato,
69
271147
2101
y la luz rebota en su interior
04:49
and it comes out after several trillionths of a second.
70
273248
4466
y vuelve a salir luego de varias billonésimas de segundo.
04:53
So, in the future, when this femto-camera
71
277714
2633
En el futuro, cuando esta femtocámara
04:56
is in your camera phone,
72
280347
2092
esté en sus móviles,
04:58
you might be able to go to a supermarket
73
282439
1710
van a poder ir al supermercado
05:00
and check if the fruit is ripe without actually touching it.
74
284149
4040
y verificar si la fruta está madura sin tener que tocarla.
05:04
So how did my team at MIT create this camera?
75
288189
5330
¿Para qué creamos esta cámara en el MIT?
05:09
Now, as photographers, you know,
76
293519
1967
Como fotógrafos, ya saben,
05:11
if you take a short exposure photo, you get very little light,
77
295486
4061
si tomamos una foto a baja exposición, entra muy poca luz,
05:15
but we're going to go a billion times faster
78
299547
2206
pero iremos mil millones de veces más rápido
05:17
than your shortest exposure,
79
301753
1856
que la exposición más corta,
05:19
so you're going to get hardly any light.
80
303609
1800
así que apenas entrará algo de luz.
05:21
So, what we do is we send that bullet,
81
305409
1843
Mandamos esa bala,
05:23
those packet of photons, millions of times,
82
307252
2549
ese paquete de fotones, millones de veces,
05:25
and record again and again with very clever synchronization,
83
309801
3107
y grabamos una y otra vez con una sincronización muy astuta,
05:28
and from the gigabytes of data,
84
312908
2091
tomamos esos gigabytes de datos
05:30
we computationally weave together
85
314999
2116
y los entrelazamos computacionalmente
05:33
to create those femto-videos I showed you.
86
317115
3465
para crear esos femtovideos que les mostré.
05:36
And we can take all that raw data
87
320580
2540
Podemos tomar todos esos datos en crudo
05:39
and treat it in very interesting ways.
88
323120
2895
y procesarlos de manera interesante.
05:41
So, Superman can fly.
89
326015
1841
Superman puede volar.
05:43
Some other heroes can become invisible,
90
327856
2462
Otros héroes pueden volverse invisibles,
05:46
but what about a new power for a future superhero:
91
330318
5098
¿y si un nuevo poder de un futuro superhéroe
05:51
to see around corners?
92
335416
2498
le permitiera ver tras los rincones?
05:53
The idea is that we could shine some light on the door.
93
337914
4673
La idea es que podríamos arrojar algo de luz sobre la puerta.
05:58
It's going to bounce, go inside the room,
94
342587
2675
Rebotará, entrará a la habitación,
06:01
some of that is going to reflect back on the door,
95
345262
2430
una parte se va a reflejar en la puerta,
06:03
and then back to the camera,
96
347692
1507
y desde allí hasta la cámara,
06:05
and we could exploit these multiple bounces of light.
97
349199
3488
de donde podríamos extraer esos múltiples rebotes de luz.
06:08
And it's not science fiction. We have actually built it.
98
352687
2397
No es ciencia ficción. Ya lo hemos construido.
06:10
On the left, you see our femto-camera.
99
355084
2384
A la izquierda, está nuestra femtocámara.
06:13
There's a mannequin hidden behind a wall,
100
357468
2379
Detrás de la pared hay un maniquí
06:15
and we're going to bounce light off the door.
101
359847
2982
y rebotaremos la luz en la puerta.
06:18
So after our paper was published
102
362829
1948
Luego de la publicación de nuestro artículo
06:20
in Nature Communications,
103
364777
1934
en Nature Communications,
06:22
it was highlighted by Nature.com,
104
366711
1915
Nature.com lo destacó
06:24
and they created this animation.
105
368626
2563
y creó esta animación.
06:27
(Music)
106
371189
6402
(Música)
06:33
We're going to fire those bullets of light,
107
377591
3461
Dispararemos esas balas de luz,
06:36
and they're going to hit this wall,
108
381052
3263
que impactarán en esta pared,
06:40
and because the packet of the photons,
109
384315
2655
y debido al paquete de fotones
06:42
they will scatter in all the directions,
110
386970
2297
se esparcirán en todas direcciones,
06:45
and some of them will reach our hidden mannequin,
111
389267
2248
y algunas alcanzarán al maniquí oculto
06:47
which in turn will again scatter that light,
112
391515
2879
que a su vez dispersará esa luz
06:50
and again in turn the door will reflect
113
394394
3686
y nuevamente la puerta reflejará
06:53
some of that scattered light,
114
398080
2072
parte de esa luz dispersada,
06:56
and a tiny fraction of the photons will actually
115
400152
2744
y una fracción pequeña de los fotones
06:58
come back to the camera, but most interestingly,
116
402896
2284
regresará a la cámara pero, curiosamente,
07:01
they will all arrive at a slightly different time slot.
117
405180
3746
en momentos levemente diferentes.
07:04
(Music)
118
408926
4577
(Música)
07:09
And because we have a camera that can run so fast,
119
413503
2817
Y como tenemos una cámara que funciona así de rápido,
07:12
our femto-camera, it has some unique abilities.
120
416320
3106
nuestra femtocámara, tiene capacidades únicas.
07:15
It has very good time resolution,
121
419426
2906
Tiene muy buena resolución temporal
07:18
and it can look at the world at the speed of light.
122
422332
3518
y puede mirar al mundo a la velocidad de la luz.
07:21
And this way, we know the distances, of course to the door,
123
425850
3545
Así, conocemos las distancias hasta la puerta
07:25
but also to the hidden objects,
124
429395
1894
y también hasta los objetos ocultos
07:27
but we don't know which point corresponds
125
431289
1595
pero no sabemos qué punto corresponde
07:28
to which distance.
126
432884
2322
a qué distancia.
07:31
(Music)
127
435206
3240
(Música)
07:34
By shining one laser, we can record one raw photo, which,
128
438446
3944
Al proyectar un láser se puede grabar una foto en bruto, que,
07:38
you look on the screen, doesn't really make any sense,
129
442390
2450
ven en la pantalla, realmente no tiene ningún sentido,
07:40
but then we will take a lot of such pictures,
130
444840
1880
pero tomaremos muchas imágenes así,
07:42
dozens of such pictures, put them together,
131
446720
2419
decenas de imágenes, las juntaremos
07:45
and try to analyze the multiple bounces of light,
132
449139
2678
y trataremos de analizar los múltiples rebotes de luz,
07:47
and from that, can we see the hidden object?
133
451817
3416
y con eso, ¿podremos ver el objeto oculto?
07:51
Can we see it in full 3D?
134
455233
2919
¿Podremos verlo en 3D?
07:54
So this is our reconstruction. (Music)
135
458152
2636
Esta es nuestra reconstrucción. (Música)
07:56
(Music)
136
460788
3458
(Música)
08:00
(Music) (Applause)
137
464246
8308
(Música) (Aplausos)
08:08
Now we have some ways to go before we take this
138
472554
2611
Tenemos cosas por explorar antes de sacar esto
08:11
outside the lab on the road, but in the future,
139
475165
3197
del laboratorio, pero en el futuro,
08:14
we could create cars that avoid collisions
140
478362
2834
podríamos crear autos que eviten colisiones
08:17
with what's around the bend,
141
481196
2216
con lo que está a la vuelta de la curva,
08:19
or we can look for survivors in hazardous conditions
142
483412
3914
o podríamos buscar sobrevivientes en condiciones peligrosas
08:23
by looking at light reflected through open windows,
143
487326
4278
mirando la luz reflejada por las ventanas abiertas,
08:27
or we can build endoscopes that can see
144
491604
2625
o podríamos construir endoscopios capaces de ver
08:30
deep inside the body around occluders,
145
494229
3270
el interior del cuerpo sorteando oclusores,
08:33
and also for cardioscopes.
146
497499
1876
y lo mismo para los cardioscopios.
08:35
But of course, because of tissue and blood,
147
499375
2501
Pero, claro, debido al tejido y la sangre
08:37
this is quite challenging, so this is really a call
148
501876
2187
esto es bastante difícil, así que en realidad esto es un pedido
08:39
for scientists to start thinking about femto-photography
149
504063
2853
a los científicos para que empiecen a pensar en la femtofotografía
08:42
as really a new imaging modality to solve
150
506916
2589
como una nueva modalidad de visualización
08:45
the next generation of health imaging problems.
151
509505
3577
para solucionar los problemas de imagenología en salud de la próxima generación.
08:48
Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,
152
513082
3881
Así como Doc Edgerton, él mismo un científico,
08:52
science became art, an art of ultra-fast photography,
153
516963
5176
convirtió la ciencia en arte, un arte de fotografías ultrarrápidas,
08:58
and I realized that all the gigabytes of data
154
522139
3464
me di cuenta de que todos los gigabytes de datos
09:01
that we're collecting every time
155
525603
2004
que recolectamos cada vez
09:03
is not just for scientific imaging, but we can also do
156
527607
3443
no son solo para visualizaciones científicas, sino que podemos
09:06
a new form of computational photography
157
531050
3780
crear una nueva forma de fotografía computacional
09:10
with time-lapse and color-coding,
158
534830
4139
con cámara lenta y código de colores,
09:14
and we look at those ripples. Remember,
159
538969
2770
y miremos esas ondas. Recuerden,
09:17
the time between each of those ripples is only
160
541739
2675
el tiempo entre cada una de esas ondas es de solo
09:20
a few trillionths of a second.
161
544414
4343
unas billonésimas de segundo.
09:24
But there's also something funny going on here.
162
548757
1956
Pero aquí también ocurre algo divertido.
09:26
When you look at the ripples under the cap,
163
550713
2354
Si miramos las ondas debajo de la tapa,
09:28
the ripples are moving away from us.
164
553067
3620
estas se alejan de nosotros.
09:32
The ripples should be moving towards us.
165
556687
2149
Las ondas deberían moverse hacia nosotros.
09:34
What's going on here?
166
558836
1767
¿Qué ocurre aquí?
09:36
It turns out, because we're recording
167
560603
1958
Resulta que, como estamos grabando
09:38
nearly at the speed of light,
168
562561
4547
casi a la velocidad de la luz,
09:43
we have strange effects,
169
567108
2070
tenemos efectos extraños.
09:45
and Einstein would have loved to see this picture.
170
569178
4031
A Einstein le habría encantado ver esta imagen.
09:49
The order at which events take place in the world
171
573209
3269
El orden en que ocurren los eventos en el mundo
09:52
appear in the camera with sometimes reversed order,
172
576478
4568
a veces aparece invertido ante la cámara.
09:56
so by applying the corresponding space and time warp,
173
581046
3359
Aplicando la deformación correspondiente de espacio y tiempo,
10:00
we can correct for this distortion.
174
584405
4045
podemos corregir esta distorsión.
10:04
So whether it's for photography around corners,
175
588450
4241
Ya sea en la fotografía tras los rincones,
10:08
or creating the next generation of health imaging,
176
592691
4308
o en la próxima generación de imagenología en salud,
10:12
or creating new visualizations,
177
596999
2680
o en nuevas visualizaciones,
10:15
since our invention, we have open-sourced
178
599679
3559
puesto que nuestra invención es de código abierto,
10:19
all the data and details on our website, and our hope
179
603238
3699
todos los datos y los detalles están en nuestro sitio web y esperamos
10:22
is that the DIY, the creative and the research community
180
606937
6636
que la comunidad de investigación, los creativos y amateurs
10:29
will show us that we should stop obsessing about
181
613573
3803
nos muestren que deberíamos dejar de obsesionarnos
10:33
the megapixels in cameras — (Laughter) —
182
617376
3240
con los megapíxeles en las cámaras —(Risas)—
10:36
and start focusing on the next dimension in imaging.
183
620616
5030
y empezar a centrarnos en la próxima dimensión en imagenología.
10:41
It's about time. Thank you. (Applause)
184
625646
4534
Ya es tiempo. Gracias. (Aplausos)
10:46
(Applause)
185
630180
10205
(Aplausos)
ABOUT THE SPEAKER
Ramesh Raskar - Femto-photographerPhotography is about creating images by recording light. At the MIT media lab, professor Ramesh Raskar and his team members have invented a camera that can photograph light itself as it moves at, well, the speed of light.
Why you should listen
In 1964 MIT professor Harold Edgerton, pioneer of stop-action photography, famously took a photo of a bullet piercing an apple using exposures as short as a few nanoseconds. Inspired by his work, Ramesh Raskar and his team set out to create a camera that could capture not just a bullet (traveling at 850 meters per second) but light itself (nearly 300 million meters per second).
Stop a moment to take that in: photographing light as it moves. For that, they built a camera and software that can visualize pictures as if they are recorded at 1 trillion frames per second. The same photon-imaging technology can also be used to create a camera that can peer "around" corners , by exploiting specific properties of the photons when they bounce off surfaces and objects.
Among the other projects that Raskar is leading, with the MIT Media Lab's Camera Culture research group, are low-cost eye care devices, a next generation CAT-Scan machine and human-computer interaction systems.
Papers:
Andreas Velten, Thomas Willwacher, Otkrist Gupta, Ashok Veeraraghavan, Moungi G. Bawendi and Ramesh Raskar, “Recovering ThreeDimensional Shape around a Corner using Ultra-Fast Time-of-Flight Imaging.” Nature Communications, March 2012
Andreas Velten, Adrian Jarabo, Belen Masia, Di Wu, Christopher Barsi, Everett Lawson, Chinmaya Joshi, Diego Gutierrez, Moungi G. Bawendi and Ramesh Raskar, "Ultra-fast Imaging for Light in Motion" (in progress). http://femtocamera.info
Ramesh Raskar | Speaker | TED.com